Alors que les opérateurs et les équipementiers multiplient les annonces sur la 5G, l'Arcep publie un rapport « pour partager sa compréhension des enjeux »... et ils sont nombreux. Performances, déploiement, normalisation et discours marketing, tout y passe.

La 5G est sur toutes les lèvres depuis plusieurs mois. Il faut dire que cette technologie promet monts et merveilles avec des débits en hausse, des latences en baisse et des usages dans tous les domaines (voir notre analyse).

L'Arcep a décidé de s'y intéresser de près en analysant les enjeux de cette poule aux œufs d'or (revenus possibles liés à la 5G : 225 milliards d'euros par an d'ici 2025). Entre promesses des opérateurs, discours marketing, régulation et réalité du terrain, il y a parfois un fossé important.

En préambule, le régulateur des télécoms explique que « ce rapport retranscrit les points de vue des acteurs auditionnés, mais ne représente en rien des positions ou une feuille de route de l’Arcep sur la 5G ». Parmi eux, on retrouve des poids lourds comme Ericsson, Qualcomm, Samsung, Nokia, Airbus Defence & Space, Google, Facebook, Telecom ParisTech, la GSMA ainsi que les autres opérateurs nationaux.

• Télécharger le bilan des enjeux de la 5G de l'Arcep

Après la 4G et avant la 5G, il y aura la 4,5G, la 4,9G...

Le premier point abordé est une mise en garde. En effet, comme à chaque lancement d'une nouvelle technologie, des briques seront mises en place sur le réseau d'ancienne génération afin de l'améliorer. Opérateurs et équipementiers se lancent alors dans une « course à la performance et à l’innovation » qui peut les conduire à « donner une appellation « commerciale » à une génération de téléphonie mobile ».

L'Arcep donne un exemple parlant : « aux États-Unis, AT&T avait labélisé 4G son réseau HSPA (en France c’est un réseau 3G+) ». Alors que l'opérateur américain annonçait récemment le lancement de la 5G dans certaines villes outre-Atlantique, la même question peut se poser : est-ce vraiment de la 5G, ou bien de la 4G améliorée ?

« Il est donc fort probable que les premiers réseaux 5G largement déployés soient des réseaux 4.9G, ayant recours à l’agrégation de porteuses, au massive MIMO ou au NFV (Network Function Virtualization) » explique le gendarme des télécoms.

Lors de notre déplacement au MWC de Barcelone, nous avons d'ailleurs noté que la virtualisation était une des tendances fortes du salon chez les opérateurs. Orange nous expliquait ainsi qu'elle permet d'obtenir bien plus de souplesse sur leur réseau afin d'ajouter des fonctionnalités et de l'adapter rapidement en fonction des besoins (ajout d'un cache CDN ponctuel par exemple). Une offre Orange Business Services est également en place depuis peu.

• 5G : tout ce qu'il faut savoir en 10 questions
• Entre enjeux et réalité technique, l'Arcep face aux promesses de la 5G
• Portrait des ondes millimétriques, au cœur des futurs réseaux 5G et de Facebook
• 5G : des promesses à gogo, des ersatzs de réseau en attendant 2020

Si la « vraie » 5G arrivera plus tard, quid des expérimentations aux JO ?

Mais alors quand pourra-t-on parler de 5G puisque ces technologies ne sont « que » des évolutions de la 4G ? Pour l'Arcep, le changement aura lieu « quand des technologies de rupture, comme les porteuses NR en bandes millimétriques, le NOMA (non orthogonal multiple access) ou le MEC (mobile edge computing), pourront être mises en place ».

Concernant les expérimentations 5G qui vont avoir lieu en Corée du Sud pour les JO d'hiver 2018 (Pyeongchang) et au Japon pour les JO d’été de 2020 (Tokyo), l'Arcep suppose que « ces déploiements ne pourront utiliser qu’une petite partie des technologies 5G, et auront plutôt recours à des technologies 4.9G ou pré-5G ». Si la 5G est sur toutes les langues, elle n'est pas encore sur tous les réseaux, loin de là.

Trois grandes familles d'usages : de l'IoT aux infrastructures critiques

Après avoir réglé leur compte aux équipes commerciales et marketing des opérateurs et des équipementiers, le gendarme des télécoms revient sur le sujet premier de son analyse : les usages de la 5G. Trois grandes familles sont à distinguer en fonction des besoins (nous les avions déjà évoqués dans notre analyse consacrée à la 5G) : 

• mMTC (Massive Machine Type Communications) : des communications entre une grande quantité d’objets avec des besoins de qualité de service variés. Les objets connectés sont évidemment visés.
• eMBB (Enhanced Mobile Broadband) : des connexions en ultra haut débit en intérieur et en extérieur avec une uniformité de la qualité de service, pour du streaming en Ultra HD, de la réalité virtuelle et/ou augmentée.
• uRLLC (Ultra-reliable and Low Latency Communications) : des communications ultra-fiables pour les besoins critiques avec une très faible latence (jusqu'à 1 ms seulement) pour les transports autonomes, la télé-médecine, etc.

Une augmentation des performances en douceur

Comme nous l'avons expliqué un peu avant, le bond de vitesse pour les connexions ne se fera pas d'un seul coup, mais en plusieurs étapes. Avant la 5G, il y aura certainement la 4,5G (comme sur les Huawei P10 et P10 Plus), de la 4,9G... à chaque fois avec de meilleurs débits, comme ce que l'on a déjà sur la 4G+ (LTE Advanced) avec la multiplication des porteuses ou l'ajustement du QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Bouygues Telecom a ainsi annoncé dépasser les 400 Mb/s sur son réseau 4G fin 2015 avant d'atteindre 1,1 Gb/s en mai 2016, toujours en 4G.

Ensuite, « les performances continueront d’augmenter avec l’introduction progressive de technologies de rupture, comme par exemple l’utilisation de fréquences millimétriques », au-dessus de 6 GHz. Bref, la situation est la même que lorsque la 4G a remplacé 3G, qui avait elle-même supplanté la 2G. Lors du lancement de la 5G, il ne devrait donc pas y avoir de grosse rupture technologique, celle-ci sera étalée dans le temps.

Des performances qui changent suivant les usages

Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous, les gains annoncés par la 5G (IMT-2020) par rapport à la 4G (IMT-advanced) sont significatifs sur de nombreux domaines, avec la possibilité de passer par de nombreux paliers intermédiaires avant d'atteindre les capacités maximales. D'autant que la 4G n'est même pas encore exploitée à son plein potentiel :

Le régulateur des télécoms met en avant un point intéressant de la 5G : les « valeurs extrêmes ne pourront être atteintes simultanément pour tous les indicateurs : tous les besoins ou cas d’usage ne sont pas compatibles entre eux ». N'espérez ainsi pas avoir une latence de 1 ms avec un débit de 20 Gb/s en pointe, ou bien une densité de 10^{^6} objets connectés par km² avec 100 Mb/s pour chacun d'entre eux.

Le graphique ci-dessous est donc bien plus intéressant puisqu'il définit, famille par famille, les possibilités que l'on peut attendre sur les huit indicateurs clés de performance (KPI). En bleu les connexions ultra haut débit, en vert l'Internet des objets et en orange les services critiques :

La virtualisation à la rescousse pour adapter le réseau

Pour rappel, grâce au « network slicing », les réseaux pourront être découpés en temps réel en plusieurs morceaux afin de fournir des qualités de services différenciées selon les besoins. « Chaque « tranche » dispose de son enveloppe qui est un compromis lié à l’usage ciblé ; à l’intérieur d’un réseau 5G, les caractéristiques devront s’adapter à l’environnement choisi » explique le régulateur.

C'est bien évidemment là qu'entre en jeu la virtualisation des réseaux. « On parle notamment de SDN (Software-Defined Networking) ou de NFV (Network Function Virtualisation) » explique l'Arcep, qui ajoute que « derrière ces acronymes se cache une idée commune : utiliser le plus possible des composants génériques et reconfigurables, plutôt que des composants spécifiques dédiés ad vitam à des taches très particulières ».

Beaucoup de technologies restent encore à valider

Pour mettre en place ces promesses, encore faut-il s'appuyer sur les bonnes technologies. Si certaines sont plus ou moins fixées comme le massive MIMO ou NFV, d'autres nécessitent plus de travail et de temps. Problème, « un consensus, parfois douloureux pour certains industriels qui verront leurs investissements perdus, devra être trouvé lors de la définition des normes 5G », ceci afin d'assurer une interopérabilité des systèmes. Un terrain sur lequel l'Union européenne, les États-Unis et l'Asie tentent de se positionner en force.

Les sujets en cours d'étude sont encore nombreux : pour la première fois des ondes millimétriques seront utilisées (au-delà des 6 GHz) éventuellement sous une nouvelle forme, le passage à une transmission Full Duplex, le Multiplexage NOMA (Non Orthogonal Multiple Access) qui permet à plusieurs utilisateurs de recourir aux mêmes fréquences au même moment, le QAM 256 déjà évoqué par Bouygues Telecom, CloudRAN, du Device to device, etc.

La guerre des bandes de fréquences est lancée : États-Unis et Asie vs Europe

Fin 2015, la Conférence mondiale des radiocommunications (CMR-15) a permis de mettre en avant certaines bandes de fréquences potentielles entre 24 et 86 GHz : 24,25 - 27,5 GHz, 31,8 - 33,4 GHz, 37 - 43,5 GHz, 45,5 - 50,2 GHz, 50,4 - 52,6 GHz, 66 - 76 GHz et 81 - 86 GHz.  Attention, si elles ont été identifiées comme « bandes 5G », l'Arcep précise que « rien n’indique encore, à ce stade, si elles pourront vraiment être utilisées pour le déploiement de cette dernière génération » et des études techniques sont en cours.

Les premières dissonances entres acteurs sont déjà là : « Contrairement aux conclusions de la Conférence [...] les États-Unis et d’autres pays asiatiques (Corée, Japon) ont décidé de lancer des expérimentations 5G en bande 28 GHz ». Ils ont été suivis par des équipementiers comme Qualcomm ou Samsung. De son côté, l'Europe expérimente plutôt les 26, 32 et 42 GHz. 

Mais tout cela n'est pas forcément très grave, car « il est très vraisemblable que des équipements bi-mode, fonctionnant aussi bien en bande 26 GHz que 28 GHz seront disponibles dès les premiers déploiements ». La proximité des bandes permet cela, ce qui n'aurait pas forcément été le cas avec 28 et 32 GHz par exemple.

Quoi qu'il en soit, les opérateurs devront également disposer de bande sous les 6 GHz, car « les qualités de propagation » et la « maturité technologie » des ondes millimétriques ne sont pas suffisantes pour le moment. C'est là qu'entrent en piste les bandes entre 3,4 et 3,8 GHz, un spectre sur lequel Orange commence déjà à travailler avec une autorisation délivrée par l'Arcep.

LAA et LWA : des idées intéressantes, toujours pas mises en place en France

Concernant les bandes de fréquences, le régulateur estime que « les efforts de convergence entre bandes de fréquences sous licence exclusive et bandes sous autorisation générale, dites « libre » continueront ». Pour rappel, la 4G propose des solutions comme LTE-LAA (Licensed Assisted Access) et LTE-LWA que nous avons déjà détaillé dans cette actualité.

Néanmoins, force est de constater que, tout du moins en France, ces technologies n'ont pas percé. L'année dernière, nous avions pu nous entretenir avec un représentant d'Orange au MWC de Barcelone qui nous expliquait que la technologie LAA était certes intéressante, mais que ses équipes techniques se focalisaient sur le déploiement de la 4G. Un an plus tard, rien ne semble avoir bougé.

5G-PPP et 5G Action Plan : les ambitions de l'Europe 

Ce ne sont donc pas les pistes de réflexion et les expérimentations qui manquent en attendant 2020. Dans son document, l'Arcep en profite pour faire le point sur les différentes initiatives en cours. En Europe, il y ainsi la 5G-PPP qui est un partenariat public-privé créé à l’initiative de la commission européenne, auquel s'ajouter le « 5G Action Plan » afin de « doper » les investissements sur le Vieux Continent.

Les ambitions sont fortes note le régulateur : « avoir en 2020 au moins une grande ville dans chaque pays d'Europe équipée de cette dernière génération mobile, avec une couverture, à l’horizon 2025, de tous les centres urbains, les autoroutes et les voies ferrées à grande vitesse ». Pour rappel, il est prévu que cette technologie fonctionne sans problème avec des vitesses pouvant atteindre 500 km/h, au-delà des lignes TGV actuelles donc.

La neutralité du Net et la 5G : un sujet « très ouvert et inexploré »

L'Arcep termine enfin son analyse avec un sujet qui lui tient à cœur : la neutralité du Net, qui est notamment mise à mal outre-Atlantique. En Europe, on se souviendra que les opérateurs ont demandé aux régulateurs de la flexibilité, ce à quoi Sébastien Soriano répondait que leur manifeste « se conclut par un chantage : les acteurs du monde des télécoms ne veulent bien consentir aux investissements nécessaires au développement de la 5G que si les régulateurs d'Europe reviennent sur le principe de la neutralité du Net ». Ambiance.

Dans son analyse de la 5G, le régulateur français revient sur l'avis du Berec qui « rappelle que les règles de neutralité de l’Internet sont neutres technologiquement et s’appliquent en conséquence aux réseaux 5G ». Néanmoins, le sujet est « très ouvert et inexploré » confesse l’Arcep, qui se dit « ouverte aux échanges constructifs ». Pour rappel, Sébastien Soriano est non seulement président du régulateur français, mais également président du Berec, le groupement européen des régulateurs des télécoms, pour l'année 2017.

De manière générale, l'autorité explique qu'elle reste ouverte aux suggestions et à toute personne souhaite lui fournir des informations ou à réagir à son rapport. Une adresse email dédiée a été mise en place.

• 5G : tout ce qu'il faut savoir en 10 questions